消防稳压泵频繁启停的改进措施

　　摘要：通过对造成稳压泵频繁启停现象原因的调查分析，详细阐述了改进系统设计配置组件和改进稳压泵自动控制电路两种主要的稳压泵频繁启停现象的改进措施。
　　关键词：稳压泵，频繁启停，自动控制电路，工程设计
　　
　　1 引言
　　在临时高压消防给水系统中，为了满足在火灾发生的初期消防主泵不能及时向系统供给灭火所需的水量和水压之前，系统能自动地向火场提供扑灭火灾初期所需的水量和水压，系统需要设置增压稳压设施。常用的增压稳压设施有高位水箱、稳压泵、气压给水装置等。其中稳压泵不可以单独设置。通常都是这几种设施组合使用；有稳压泵、高位水箱组合上置式稳压系统，稳压泵、气压罐及高位水箱组合上置式稳压系统，稳压泵和气压罐设置在消防泵房的下置式稳压系统等多种组合方式。因上置式稳压系统配用稳压泵的扬程低，配用气压罐最大工作压力小，有利于节省工程投资及系统投入使用后的运行费用，应用最为广泛。正因为稳压泵在工程中应用较多，在系统建成后运行中出现的问题也较多。本文通过对上置式稳压系统中稳压泵经常出现的频繁启停现象进行分析，并提出两种解决此问题的改进措施。
　　2 稳压泵频繁启停现象改进措施分析
　　2.1 稳压泵频繁启停现象
　　在带有稳压泵的上置式稳压系统中，通常稳压泵受控于设置在系统管道上的压力检测装置，并自动启动停止。稳压泵在系统中的工作过程是当系统管道中的压力低于稳压泵稳压压力下限值时，稳压泵启动对系统管道进行补水稳压；当系统管道中压力高于稳压泵稳压压力上限值时，稳压泵停止运行。稳压泵在稳压上下限压力值之间周而复始的工作。在许多工程中，稳压泵经常会出现在系统管道压力低于稳压下限压力值时启动后，没隔几秒就停止，然后又重新启动，直至系统管道中的压力达到稳压压力上限值，才最后停止这一工作过程。也即出现稳压泵的频繁启停现象。
　　2.2 造成稳压泵频繁启停现象原因分析
　　经过在一些比较典型的工程中调查分析，得出造成稳压泵频繁启停现象懂的几个方面原因：
　　一、造成稳压泵频繁启停现象的最主要原因是稳压泵启动后，因系统只是轻微泄漏泄压情况，系统管道还是带有压力水的有约束界限的密闭管道，压力检测装置所在的测量点处的压能不能马上传递出去，造成局部压力快速升高，达到稳压泵的稳压上限压力，压力检测装置即控制水泵停止运转。到稳压泵停止运转时这段时间测量点处的局部压能已经传递出去，整个系统管网压力稍微增加，但管网的压力仍然低于稳压泵的稳压压力下限值。稳压泵在压力检测装置的控制下旋即又启动运转。然后又因局部压力快速升高压能不能马上传递出去而停止运转，如此反复即造成了稳压泵频繁启停现象。
　　二、工程中控制稳压泵启停的压力检测装置常采用弹簧管电接点压力表。一般采用的测量精度为1.5级的，也就是说在测量点的真实压力为100mH2O时，压力表显示测量点压力98.5~101.5mH2O之间都是正确的，也即误差有1.5mH2O的示值误差。有些工程电接点压力表的量程选用不当，造成测量示值误差增大，安装又不正确，造成压力表控制失灵。
　　三、在一些配置了气压罐组成的消防气压给水设备的工程中，出现稳压泵频繁启停现象的频繁程度比未配置气压罐的工程有所减弱。但也会出现稳压泵频繁启停现象。
　　2.3 稳压泵频繁启停现象改进措施分析
　　2.3.1 改进系统设计配置组件
　　2.3.1.1提高压力检测装置的可靠性
　　安装在系统管道上的控制稳压泵启停的压力检测装置宜采用两个压力开关或双行程压力开关较为可靠。为了调整压力开关的启停压力应在压力开关附近的管道上安装一只精度不低于1.5级的弹簧管压力表。
　　若采用弹簧管电接点压力表，要注意电接点压力表的量程选用。选用压力表时其测量上限应高于最高工作压力的1/3，留有余量，以保证压力表正常、持久的工作；而且最高工作压力也不应低于表盘量程的1/3，因为工作压力在表盘1/3量程以内工作时，精度低。当被测的最高工作压力在表盘量程的1/3~2/3内工作时，精确度高，且能耐受压力的波动，可延长使用寿命。
　　2.3.1.2增设气压罐
　　工程中消防给水系统配置的通常是隔膜式气压罐。隔膜式气压罐的设计原理即是应用波义耳--马略特定律：一定质量的气体在温度不变时，它的体积与它的压强的乘积是一个常数。利用水压缩性极小的性质，用外力将水储存在罐内，气体受到压缩压力升高，当外力消失气体膨胀可将水排出。工程中常用的消防气压给水设备应用图式见图1。
　　
　　图1消防气压给水设备应用图式
　　消防气压给水设备运行原理是利用气压罐所设定的P1、P2、Ps1、Ps2运行压力控制稳压泵的运行工况，达到增压和稳压的功能。P1为最不利点消防设备所需压力，P2为消防泵启动压力，Ps1为稳压泵启泵压力，Ps2为稳压泵停泵压力。P1是经计算求得消火栓系统或自动喷水灭火系统中最不利点消防设备所需消防压力，作为气压罐的充气压力。根据工程设计参数所选定的气压罐规格及工作压力比αb值确定P2，并设定Ps1=P2+（0.02~0.03MPa），Ps2=Ps1+（0.05~0.06MPa）。平时系统管道如有渗漏等泄压情况，控制装置控制稳压泵启动不断向系统补水稳压。在这个过程中稳压泵不但要向系统管网供水，还要向气压罐供水。当管网用水量小于稳压泵的供水量时，稳压泵的出水量中的一部分进入管网，另一部分则进入气压罐，使气压罐内的气体被压缩，气压罐压力升高，当达到Ps2，控制装置令稳压泵停止运转。这时，气压罐隔膜气囊在气压作用下，向系统供水，系统给水压力仍能保持在设定的幅度内；当气压罐内压力降至Ps1时，控制装置又令稳压泵启动，如此反复运行。一旦有火情，系统管道大量缺水，造成Ps1压力下降，降至P2时，发出报警信号，启动消防泵进行灭火。
　　从以上消防气压给水设备的运行原理就可以分析出为什么配置了气压罐的工程会比未配置气压罐的工程稳压泵频繁启停现象有所减弱。气压罐实际上就想当于一个储能装置，当稳压泵启动时，局部积聚的压能会有一部分以向气压罐供水储能的方式消耗掉。因此才能减弱稳压泵的频繁启停。[!--empirenews.page--]
　　2.3.2 改进稳压泵自动控制电路
　　2.3.2.1稳压泵自动控制电路工作原理
　　为保证稳压系统工作的可靠性，稳压泵一般也需用两台，一用一备。稳压泵自动控制电路有很多种。由于稳压泵的运行几率比较大，所以常将稳压泵设计成自动轮换使用，使两台泵磨损均匀，并保持干燥，延长使用寿命。两台稳压泵一用一备自动轮换工作的典型控制电路如图2所示。
　　图2控制电路有三种控制方式，由转换开关SAC控制，即自动、手动、停止。设SAC位于自动位置。工作原理如下：
　　一、1号泵启动：当系统管网中的压力降低到稳压泵的稳压压力下限值（消防气压给水设备为Ps1）时，压力检测装置的触头使电路1—5—7接通，继电器1KA通电吸合并自锁，1KA常开触点闭合，电路17—27接通；由于SAC处在自动位置时，其○5—○6、○7—○8触头接通，电路27—29—31—25接通，所以接触器1KM通电吸合，1号泵启动运行。同时继电器3KA通电吸合并自锁，3KA常开触点闭合，电路1—11接通，继电器5KA通电吸合并自锁，电路33—43—45、47—41接通为下次再需运行时2号泵接触器2KM通电作好准备。5KA常闭触点断开，但由于电路31—25仍然接通，所以1KM仍然处在通电状态，1号泵继续运行。5KA常开触点闭合，由于此时1KM处在通电状态，1KM常闭触点断开，因此2KM处在等待通电状态。当系统管网中的压力上升到稳压泵的稳压压力上限值（消防气压给水设备为Ps2）时，压力检测装置的触头使电路1—3接通，继电器2KA通电吸合，2KA常闭触点断开，电路5—7断开，继电器1KA断电释放，电路17—27断开使1KM和3KA也同时断电释放，1号泵停止运转。此时5KA仍然保持通电状态。
　　二、2号泵的轮换：当系统管网中的压力再次降低到稳压泵稳压压力下限值时，压力检测装置触点又使电路1—5—7接通，继电器1KA通电吸合并自锁，1KA常开触点闭合，由于5KA保持通电，电路33—43—45—47—41处在接通状态，4KA通电吸合并自锁，4KA常开触点闭合，2KM通电吸合，使2号泵启动运行。同时2KM常闭触点断开，电路2—0断开，5KA断电释放，5KA常开触点恢复到断开状态，但由于4KA常开触点闭合使电路47—41仍然接通，所以2KM仍然处在通电状态，2号泵继续运行。当系统管网中的压力上升到稳压泵的稳压压力上限值（消防气压给水设备为Ps2）时，压力检测装置的触头使电路1—3接通，继电器2KA通电吸合，2KA常闭触点断开，电路5—7断开，继电器1KA断电释放，电路33—43断开使2KM和4KA也同时断电释放，2号泵停止运转。当下一次需要水泵启动时，又重新开始，1号泵工作。以后如此循环，两泵轮流工作。
　　三、故障切换：如果1号泵在运行期间发生故障使接触器1KM跳闸，则1KM常闭触头使电路13—15接通，由于1KA已经通电吸合，1KA常开触点闭合，电路1—13—15接通，时间继电器1KT通电，1KT延时动合触头开始延时，延时时间到，1KT延时动合触头闭合，电路33—43—45—41接通，2KM通电吸合，同时4KA通电吸合并自锁，2号泵投入运转，起到备用泵的作用。同时2KM常闭触点断开电路2—0断开，时间继电器1KT断电释放，但由于4KA常开触点闭合使电路47—41仍然接通，所以2KM仍然处在通电状态，2号泵继续运行。
　　如果2号泵在运行期间发生故障使接触器2KM跳闸，则2KM常闭触头使电路2—0接通，由于1KA已经通电吸合，1KA常开触点闭合，电路1—13—15接通，时间继电器1KT通电，1KT延时动合触头开始延时，延时时间到，1KT延时动合触头闭合，电路17—27—29—25接通，1KM通电吸合，同时3KA通电吸合并自锁，1号泵投入运转，起到备用泵的作用。同时1KM常闭触点断开电路13—15断开，时间继电器1KT断电释放，但由于3KA常开触点闭合使电路31—25仍然接通，所以1KM仍然处在通电状态，1号泵继续运行。
　　2.3.2.2稳压泵自动控制电路改进
　　由以上所述可知，在稳压泵频繁启停时，在稳压泵控制装置中主要反映在压力检测装置的高压和低压触点频繁闭合，致使电路1—5—7和电路1—3频繁接通，进而使水泵频繁启动和停止。基于这一点在稳压泵控制电路图中作局部改进，改进后的控制电路图如图3。图3中的控制电路主要的改进就是将原有电路中的控制稳压泵停止运转的中间继电器2KA换成带有延时功能的时间继电器2KT（为便于对比图3中的所有元件编号均未作改变）电路5—7之间的触点改为2KT的延时动断触点。将继电器2KA改成时间继电器2KT后，当压力检测装置高压触点闭合后，时间继电器2KT通电，2KT延时动合触头开始延时，这时电路5—7并未马上断开，1KA也亦没有马上断电释放，稳压泵也没有马上停止运转。2KT延时时间到，2KT延时动合触头断开1KA断电释放，稳压泵停止运转。
　　上述2KT的延时过程刚好与造成稳压泵频繁启停的主要原因——瞬时管网局部压力快速升高相对应。引进时间继电器进行延时的思路是为了在瞬时局部压力快速升高的过程中稳压泵不马上停止运转，等局部压能已经传递出去，瞬时局部压力快速升高过程结束后，若系统管网中的压力还未达到稳压泵稳压压力上限值，稳压泵则继续运行，相反，瞬时局部压力快速升高过程结束后，若系统管网中的压力已经达到稳压泵稳压压力上限值，稳压泵则停止运行。用此方法减弱由于瞬时管网局部压力快速升高造成稳压泵频繁启停。至于延时的时间则需要工程的调试阶段根据具体系统及所采用的稳压设备进行逐步调节，直至能有效减弱稳压泵频繁启停现象，又不至于由于大幅度增加系统管网中平时准工作状态时的压力，造成系统运行费用的增加，影响系统的经济性。
　　
　　3 结束语
　　经过以上对减弱稳压泵频繁启停现象改进措施的分析，解决稳压泵频繁启停问题已经成为可能。前述的几种方案在实际工程也得到了很好的应用。在实际工程中有的限于投资及运行费用，只采用了其中一种方案，有一定的效果；但在同时采用上述2种方案的工程应用中效果更好，能够很好的解决稳压泵的频繁启停问题。因笔者才疏学浅，文中难免有不当之处。望读者斧正。[!--empirenews.page--]
　　[参考文献]
　　[1] 景绒，建筑消防给水工程[M]，北京：中国人民公安大学出版社，1997.
　　[2] 候进旺，建筑电气控制技术[M]，北京：机械工业出版社，2003.
　　[3] 98S205，消防增压稳压设备选用与安装（隔膜式气压罐），标准图集.

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